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Dienstag, 30.05.2017
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Mathematik enthüllt Tsunami-Irrtümer

Neue Modelle könnten Frühwarnsysteme verbessern

Eine ganze Reihe der landläufigen Annahmen über„typische“ Tsunami-Eigenschaften sind schlicht falsch. Das hat jetzt ein Mathematiker anhand neuer Berechnungen und Modelle herausgefunden. So ist keineswegs die erste Welle immer die größte und auch nur rund die Hälfte der „Killerwellen“ wird von einem abnormalen Rückzug des Wassers vom Strand begleitet.
Tsunami

Tsunami

Als Walter Craig die Bilder des verheerenden Tsunami vom 26.Dezember 2004 sah, musste er handeln: Er griff zu einem Stift und begann zu rechnen. Nach wenig mehr als einem Jahr hatte der Mathematiker und Analyst ein Ergebnis – eines, das viele bisherige Vorstellungen und Mythen über die tödlichen Wellen Lügen strafte und in Zukunft möglicherweise Leben retten könnte. „Erdbeben vorherzusagen ist eine Herausforderung, der wir im Moment noch nicht gewachsen sind“, so der Professor für mathematische Analyse an der McMaster Universität im kanadischen Hamilton, der sich auf Wellengleichungen spezialisiert hat. „Aber einen Tsunami auf der Basis dieser Erdbeben vorherzusagen ist ein lösbares Problem und ich denke, Mathematiker könnten hier eine wichtige Rolle spielen. Sie sind besonders gut geeignet, um die Möglichkeiten und Grenzen eines Tsunami-Frühwarnsystems zu definieren.“

Erste Welle nicht immer die höchste


Eine der populären Irrtümer über Tsunamis geht davon aus dass immer die erste Welle die größte ist. „Es ist nicht notwendigerweise immer die größte Welle vorne”, warnt Craig. „In Sri Lanka war beispielsweise die dritte oder vierte die höchste.“ In einem Fall bemerkte und erkannte sogar ein dort urlaubender Geologe die erste, nicht zerstörerische Welle und konnte die anderen Strandgäste rechtzeitig vor Ankunft der tödlichen Flut warnen.

Wie Craig herausfand, verläuft die Entwicklung eines Tsunami in verschiedenen Meeresbecken unterschiedlich. So breitet sich der Tsunami von Dezember 2004 im tieferen Indischen Ozean zweimal so schnell aus als im flachen Andamanen. Die mathematische Modellierung zeigte für diesen Tsunami eine große Übereinstimmung mit einem „klassischen Wellenpaket“ – die Wellen folgten dem typischen Muster einer Wellengruppe, die sich gemeinsam ausbreitet und ihre Form je nach Untergrund verändert.

Im Gegensatz zu normalen, vom Wind erzeugten Wellen liegen bei Tsunamis enorme Abstände zwischen den einzelnen Wellenbergen – räumlich bis zu 200 Kilometern, zeitlich zwischen 15 Minuten und einer Stunde. Die enorme Breite und Länge dieser Wellenfronten enthüllt ihre zerstörerische Energie. So hatte der 2004er Tsunami eine Breite von 1.200 Kilometern und war von Wellenberg zum Wellental 100 Kilometer lang. Die Höhe lag dagegen auf offener See nur bei einem scheinbar harmlosen Meter.


Warnzeichen Wasserabfluss bleibt oft aus


Einen weiteren Irrglauben spülte Craigs Modellierung ebenfalls davon: Die Annahme, dass einer Tsunamiwelle immer ein anormal weiter Rückzug des Wassers voraus geht. „Das passiert nur in rund der Hälfte der Fälle“, erklärt Craig. „Es hängt ab von der Wellenlänge und ob das Tal oder der Scheitel der Welle die Küste zuerst erreicht. In 50 Prozent der Fälle kommt der Wellenberg zuerst an.“

Auch wenn Geologen und Tsunamiexperten bereits viel praktisches Wissen um die Riesenwellen haben, so lässt die relative Seltenheit dieser Ereignisse doch noch viele Fragen offen.

„In einer ersten Näherung sind die bisherigen Modelle der Tsunami-Entwicklung im freien Ozean sehr gut“, so der Forscher. „Aber nichtsdestotrotz ist sehr viel weniger über die Entstehung aber auch die Verstärkung der Tsunamiwellen in Küstennähe bekannt. Dies sind keine einfachen mathematischen Probleme und in der Realität kommt es nicht so häufig vor. Daher ist es noch immer die Frage, ob wir überhaupt die richtigen Gleichungen einsetzen, um sie zu studieren.“

Craig und Kollegen haben begonnen, mathematische Gleichungen aus der Wettervorhersage auf die Entstehung von Tsunamis durch starke Erdbeben anzuwenden. Diese nutzen das Prinzip des „Hindcasting“, des Vergleichs von Mustern der Vergangenheit für die Prognose gegenwärtiger und zukünftiger Ereignisse. Aus ihnen wollen die Wissenschaftler Computervorhersagemodelle für Tsunamis erstellen. In einigen Fällen werde aber selbst ein Frühwarnsystem oder eine Vorhersage kaum helfen: Bei einer Geschwindigkeit der Welle von 700 Stundenkilometern hat Craig nur einen Rat: „Wenn Sie eine Erdbeben spüren, rennen Sie bergauf.“
(Natural Sciences and Engineering Research Council, 20.02.2006 - NPO)
 
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